Основные результаты специальной теории относительности - РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА - Уроки физики в 10 классе - конспекты уроков - План урока - Конспект урока - Планы уроков - разработки уроков по физике

РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА

Урок № 2

Тема. Основные результаты специальной теории относительности

Цель: выяснить относительность одновременности событий в разных ИСВ, относительность времени и расстояний; развивать логическое мышление, умение проводить эксперимент, делать выводы.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний

Физический диктант

1. В 1905 году Эйнштейн создал теорию...

2. В основе теории относительности лежат два...

3. Принцип относительности Галилея применим только для...

4. Предельной скоростью передачи сигналов является...

5. Первый... Эйнштейна выражает принцип относительности.

6. Из постулатов теории относительности вытекает ... закон сложения скоростей.

7. Скорость света в . является предельной скоростью передачи сигналов.

8. Электродинамику и физику ... скоростей называют релятивистской физикой.

II. Мотивация учебной деятельности

Постулаты СТВ заставили пересмотреть упрощенные представления о пространстве и времени, которыми руководствовалась классическая физика. Прежде всего СТВ объединила пространство и время в единую систему. При таких условиях каждое явление рассматривается в чотиривимірній системе координат (х, y, z, t), то есть каждому событию, каждому явлению соответствует не только пространственная определенность их координат, но и связанная с ними временная характеристика их течения.

Теория относительности опровергла утверждение классической физики об одновременности событий для любого наблюдателя.

Давайте и мы проведем соответствующие рассуждения и выясним, на самом ли деле одновременность событий - понятие относительное, как протекает время в движущейся ракете и что будет происходить с линейными размерами предмета, который движется со скоростью, приближенной к скорости света.

III. Восприятие и усвоение нового материала

Рассмотрим распространение светового луча одновременно в неподвижной и движущейся системах отсчета.

Пусть в неподвижной системе отсчета находится наблюдатель (рис. 1). На одинаковом расстоянии L справа и слева от него находятся соединенные с часами источника света A и B, которые периодически излучают световой импульс. В определенный момент времени, зафиксированный часами, слева, источник света A посылает импульс в направлении наблюдателя. В это же время такой же импульс излучает источник света B.

Рис. 1

Поскольку расстояния от наблюдателя до источников света одинаковы, то и время распространения света также будет одинаковым, ведь t = L/c, а c=const.

Если наблюдатель зафиксирует поступление импульсов от обоих источников света одновременно, то при таком условии можно прийти к выводу, что в точках A и B события (в этом случае излучение света) произошли одновременно.

Рис. 2

Пусть теперь наблюдатель приближается к одному из источников света, например к правому (рис. 2). В этом случае он будет наблюдать другую картину. Импульс от источника света B поступит до него раньше, чем от источника A, поскольку за время распространения импульса наблюдатель приблизится к источнику света B и отдалится от источника A:

Отсюда: tA > tB, поскольку lA > lB, а скорость света c = const. Поэтому для движущегося наблюдателя время распространения света от источников A и B будет разным, и для движущейся системы отсчета момент излучения света не будет одновременным. Итак, два события, происходящих в разных точках пространства и являются одновременными в одной системе отсчета, не будут одновременными в другой.

Вы увидели, что одновременность событий - понятие относительное. А одинаково ли течет время для наблюдателя в ракете и для наблюдателя на Земле?

Разгоним ракету до скорости 260 000 км/c, а высота ракеты для упрощения вычислений пусть равна 300 000 км. Внизу разместим источник света s, вверху - зеркало D. Луч света выходит из источника sотражается от D и попадает на приемник P с автоматическим секундомером (рис. 3). Что покажет секундомер?

Рис. 3

Ученики. Для наблюдателя в ракете свет идет вверх:

и 1 с идет вниз, вместе - 2 с.

Учитель. Какой будет траектория луча света для земного наблюдателя (рис. 3 б), если ракета движется со скоростью, приближенной к скорости света?

У ч н и. Луч будет распространяться по пути sD'P.

Учитель.У сколько раз расстояние sD' больше расстояние sD?

Ученики. Примерно в 2 раза.

Учитель. А скорость света изменилась?

Ученики. Нет, она стала.

Учитель. А путь луча увеличился вдвое, следовательно, время хода луча вырос в 2 раза, то есть время от вспышки до приема луча света в движущейся ракете составляет 2 с. А время от вспышки до приема света прошел для земного наблюдателя?

У ч н и. 4 с.

Учитель. Какой вывод можно сделать?

Ученики. В движущейся ракете время течет медленнее, чем в неподвижной.

Учитель. Итак, от чего зависит время?

Ученики. От скорости системы.

Учитель. Для расчета времени t, что пройдет для неподвижного наблюдателя, в зависимости от времени t0, который пройдет в подвижной системе, существует также соотношение:

где - скорость подвижной системы относительно неподвижной, c - скорость света в вакууме. Итак, время в движущихся системах течет медленнее.

Учитель. Как вы думаете, расстояние величина абсолютная или относительная? От чего зависит расстояние?

У ч н и. Относительная, должна зависеть от скорости системы.

Учитель. Вы правильно рассуждаете. Запишите соотношение между длиной тела l0 в состоянии покоя и длиной тела l в ракете, летящей со скоростью v относительно Земли: